Mạch xử lý trung tâm chính là “bộ não” của hệ thống, nó tiếp nhận, xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển để hệ thống hoạt động đúng yêu cầu đề ra. Ngoài ra nó còn thông báo trạng thái hoạt động của mạch, nguồn cũng như hướng di chuyển của tấm pin.
Trong mạch chúng ta sử dụng vi điều khiển STM32F103RCT6 là một vi điều khiển có nhiều đặc điểm ưu việt và thích hợp cho hệ thống bám mặt trời.
a. Vi điều khiển STM32F103
• Giới thiệu về IC
Họ vi điều khiển STM32 là một sản phẩm của hãng sản xuất chip ST Microelectronic, dựa trên lõi ARM Cortex™-M3 – một lõi mới, ưu việt được hãng ARM thiết kế. Họ STM32 có được lợi ích từ cấu trúc mở rộng của Cortex™-M3 bao gồm các lệnh Thumb-2 được cải thiện để hoạt động, đáp ứng nhanh với ngắt, tương thích với chuẩn công nghiệp. STM32 cung cấp cho người sử dụng các sản phẩm hoạt động ổn định, thời gian thực, công suất tiêu thụ và điện áp thấp, trong khi vẫn giữ được khả năng tích hợp toàn diện và dễ dàng cho việc phát triển.
- Sử dụng cấu trúc ARM Cortex-M3. - Đáp ứng thời gian thực rất tốt. - Năng lượng tiêu tốn rất ít.
- Cấu trúc ngoại vi được cải tiến và hiệu quả. - Tích hợp cao nhất.
Loại Integrated Circuits (ICs) Họ Embedded - Microcontrollers
Series STM32 F1
Cấu trúc lõi ARM® Cortex™-M3
Độ rộng 32-Bit
Tốc độ 72MHz
Kết nối CAN, I²C, IrDA, LIN, SPI, UART/USART, USB
Ngoại vi DMA, Motor Control PWM, PDR, POR, PVD, PWM, Temp Cảm biến, WDT
Số chân vào/ra 51
Dung lượng bộ nhớ 256KB (256K x 8) Loại bộ nhớ FLASH
Dung lượng RAM 48K x 8 Nguồn hoạt động
(Vcc/Vdd) 2 V ~ 3.6 V
Chuyển đổi A/D 16x12b; D/A 2x12b Loại dao động Internal
Nhiệt độ hoạt động -40°C ~ 85°C Kiểu chân 64-LQFP
Bảng 3.5: Cấu hình STM32F103RCT6:
Hình 3.18: Cấu hình STM32F103
b. Sơ đồ khối mạch xử lý trung tâm
Hình 3.19: Sơ đồ khối mạch xử lý trung tâm.
- Buttons: gồm 5 phím: MODE, SET, NEXT, ENTER, RESET nhận lệnh từ người vận hành.
Hình 3.20: Buttons
Vi điều khiển
Text LCD Buttons
Tín hiệu vào: Thời gian, kinh độ vĩ độ
Tín hiệu ra: Góc quay, hiển thị lcd
Hình 3.21: Text LCD
c. Sơ đồ mạch xử lý trung tâm hoàn chỉnh
Hình 3.23: Bản vẽ mạch in mạch xử lý trung tâm
3.4. Mạch công suất cho động cơ bước
Tín hiệu điều khiển từ mạch xử lý trung tâm chưa đủ dòng và áp để điều khiển trực tiếp cho động cơ, mạch công suất sẽ đóng vai trò nhận tín hiệu điều khiển rồi nâng tín hiệu đó tới mức điện áp và dòng điện phù hợp để cấp cho động cơ. Do vậy mạch công suất phải cung cấp được công suất lớn với tín hiệu điều khiển nhỏ.
Động cơ bước sử dụng là loại 4 pha, mỗi pha cần được kích độc lập tại một thời điểm. Hệ thống sử dụng 2 động cơ, tổng cộng số pha phải kích dòng là 8.
Trong mạch chúng ta sử dụng transistor lưỡng cực BJT đóng mở dòng cho từng pha. BJT là viết tắt của từ Bipolar Junction Transistor là một linh kiện bán dẫn (semiconductor device) có 3 cực tương ứng với 3 lớp bán dẫn trong cấu tạo.
Hình 3.24: Cấu tạo và kí hiệu transistor lưỡng cực
Ba lớp bán dẫn n, p và n kết hợp tạo thành 3 cực C (cực thu-Collector), cực B (nền – Base) và cực E (phát – Emitter).
Do hệ thống chuyển động chậm, động cơ sử dụng trong hệ thống có bộ giảm tốc tỉ số truyền cao, tạo momen rất lớn nên chúng ta chỉ cần sử dụng động cơ có công suất vừa, do đó các transistor sử sụng là các transistor công suất trung bình.
Sơ đồ mạch và linh kiện:
Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất
Mạch sử dụng BJT công suất trung bình TIP41C. Điện áp cao nhất mà loai BJT này chịu được là 100V và dòng tối đa là 6A. TIP41C có thể kích trực tiếp, ở tốc độ rất cao phù hợp với yêu cầu mạch công suất đặt ra.